4.5 Phân tích trạng thái giới hạn sử dụng

Các đánh giá SLS được thực hiện cho giới hạn ứng suất, bề rộng vết nứt và giới hạn độ võng. Ứng suất được kiểm tra trong bê tông và cốt thép theo EN 1992-1-1 theo cách tương tự như quy định cho ULS.

Giới hạn ứng suất

Ứng suất nén trong bê tông phải được giới hạn để tránh các vết nứt dọc. Theo EN 1992-1-1 chương 7.2 (2), các vết nứt dọc có thể xuất hiện nếu mức ứng suất dưới tổ hợp tải trọng đặc trưng vượt quá giá trị k₁f_ck. Ứng suất nén trong bê tông được đánh giá là tỷ số giữa ứng suất nén chính lớn nhất σ_c = σ_c2 thu được từ phân tích FE cho trạng thái giới hạn sử dụng và giá trị giới hạn σ_c,lim. Khi đó:

$$\frac{σ_{c}}{σ_{c,lim}}$$

$$σ_{c,lim} = k_1\cdot f_{ck}$$

trong đó:

f_ck        cường độ đặc trưng của mẫu trụ bê tông,

k₁         =0.6.

Nếu ứng suất trong bê tông dưới tải trọng gần như thường xuyên nhỏ hơn k₂f_ck theo EN 1992-1-1 Cl. 7.2(3), có thể giả định từ biến tuyến tính. Nếu ứng suất trong bê tông vượt quá k₂f_ck, cần xem xét từ biến phi tuyến (xem EN 1992-1-1 Cl. 3.1.4). Trong IDEA StatiCa Detail, chỉ có thể giả định từ biến tuyến tính theo EN 1992-1-1 Cl. 3.1.4 (3) (xem Mô hình vật liệu (EN)).

Có thể giả định tránh được hiện tượng nứt hoặc biến dạng không thể chấp nhận nếu, dưới tổ hợp tải trọng đặc trưng, ứng suất kéo trong cốt thép không vượt quá k₃f_yk (EN 1992-1-1 chương 7.2 (5)). Cường độ của cốt thép được đánh giá là tỷ số giữa ứng suất trong cốt thép tại các vết nứt σ_s = σ_sr và giá trị giới hạn quy định σ_s,lim:

$$\frac{σ_{s}}{σ_{s,lim}}$$

$$σ_{s,lim} =  k_3\cdot f_{yk}$$

trong đó:

f_yk        giới hạn chảy của cốt thép,

k₃        =0.8.

Độ võng

Độ võng chỉ có thể được đánh giá đối với tường hoặc dầm tĩnh định (isostatic) hoặc siêu tĩnh (hyperstatic). Trong các trường hợp này, giá trị tuyệt đối của độ võng được xem xét (so với trạng thái ban đầu trước khi chịu tải), và giá trị độ võng cho phép tối đa phải được người dùng thiết lập. Không thể kiểm tra độ võng tại các đầu bị cắt xén (trimmed ends) vì đây về cơ bản là các kết cấu không ổn định, trong đó cân bằng được thỏa mãn bằng cách thêm các lực tại đầu, do đó độ võng thu được không thực tế. Độ võng ngắn hạn u_z,st hoặc dài hạn u_z,lt có thể được tính toán và kiểm tra so với các giá trị giới hạn do người dùng định nghĩa:

$$\frac{u_ z}{u_{z,lim}}$$

trong đó:

u_z         độ võng ngắn hạn hoặc dài hạn được tính toán bằng phân tích FE,

u_z,lim    giá trị giới hạn của độ võng do người dùng định nghĩa.

Bề rộng vết nứt

Bề rộng và hướng vết nứt chỉ được tính toán cho các hiệu ứng dài hạn (sử dụng E_c,eff) đối với các tổ hợp mà việc đánh giá bề rộng vết nứt được kích hoạt. Các kiểm tra dựa trên giá trị giới hạn do người dùng quy định theo Eurocode được trình bày như sau:

$$\frac{w}{w_{lim}}$$

trong đó:

w         bề rộng vết nứt được tính toán bằng phân tích FE,

w_lim     giá trị giới hạn của bề rộng vết nứt do người dùng định nghĩa.

Có hai cách để tính toán bề rộng vết nứt (nứt ổn định và nứt không ổn định). Trong trường hợp tổng quát (nứt ổn định), bề rộng vết nứt được tính toán bằng cách tích phân biến dạng trên các phần tử 1D của thanh cốt thép. Hướng vết nứt sau đó được tính toán từ ba điểm tích phân gần nhất (tính từ tâm của phần tử hữu hạn 1D của cốt thép đang xét) của các phần tử bê tông 2D. Mặc dù cách tiếp cận này để tính toán hướng vết nứt không tương ứng với vị trí thực tế của các vết nứt, nó vẫn cung cấp các giá trị đại diện dẫn đến kết quả bề rộng vết nứt có thể so sánh với các giá trị bề rộng vết nứt theo yêu cầu của tiêu chuẩn tại vị trí của thanh cốt thép.